本发明专利技术公开了一种垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器及其制作方法。本发明专利技术采用源增益区和无源波导区对接的模式形成了高质量的超短光学谐振腔结构，从而提高了高调制频率的直接调制DFB激光器的可靠性和光谱的质量。另外，本发明专利技术利用无源波导区形成的45度反射面实现激光的垂直发射，克服现有技术中由于激光器侧面出光而不能实现的发射高密度的并行光互联的技术问题。同时本发明专利技术利用折射率和增益耦合叠加的λ/4相移光栅配合脊型波导实现激光器良好的高速调制性能。另外，本发明专利技术利用单片集成工艺制作激光器，可以实现小尺寸、高度集成化以及高密度的光互联。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及光纤通信领域，更具体设及一种垂直发射的单片集成型直接调制DFB 激光器及其制作方法。
技术介绍
光纤通讯是目前通讯网络的基本构成方式，针对日益增加的信息传输、信息交换 速率和数量的需求，作为物理层面核屯、的激光器需要在信道调制速率、总信道带宽W及光 谱性能等方面大幅提升。 中国的无线网络服务已经由4G向5G推进，在LTE(Long Term Evolution)通信网络 中，采用直接强度调制的分布反馈激光器（即DFB激光器)需要在高频应用的指标上进行系 统设计，优化激光器的弛豫振荡频率、阻尼系数、增益、调嗽W及RC常数等性能，并根据功耗 和工作溫度范围的要求提高激光器的特征溫度。常规的高调制频率的激光器，特别是 25加 PS直接调制的DFB激光器(25Gbps DML)，通常是侧面发光，为了提升高频调制所需的-3地带宽，必须优化激光器的增益特性W及光学谐振腔体尺寸，运都需要超短光学谐振腔的 结构。超短光学谐振腔的尺寸一般在120-160微米范围，根据InP运种化合物材料的特性， 200微米W下的尺寸无法完成高质量的晶向解理，运使得25加 PS激光器无法简单形成超短 光学谐振腔，从而影响激光器的可靠性、性能的低阔值增益W及光谱良率。 另外，针对全球的宽带建设，光纤到户(FTTX)是宽带接入的根本解决手段，下一代 40G/100G堆叠无源光网络(PON)技术则在光纤接入网中引入了波分叠加的技术，在一根光 纤中下行实现了 4个波长的光的传播，此技术实现的关键就是光源，要求激光器能够实现高 度集成化W及高密度的并行光互联。但是现有的25Gbps直接调制的DFB激光器通常是侧面 发光，因此很难实现激光器的高度集成化W及高密度的并行光互联。 为解决现有25加 PS直接调制的DFB激光器的上述缺陷，可W采用有源区和无源区 简单集成的方案，但是此方案很难避免区域界面反射W及无源区域损耗带来的光谱质量下 降和阔值增益的提升。 另外为解决现有25Gbps直接调制的DFB激光器的上述缺陷，还可W采用DFB对接 DBR反射段的方案，此方案虽然可W提升光谱质量，但因为工艺复杂且难W保证对接质量， 激光器的良率降低，同时此方案限定了侧面出光的模式，无法实现激光器的高度集成化W 及高密度的并行光互联。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题[000引本专利技术要解决的技术问题是如何形成高质量的超短光学谐振腔的精确度，W及如 何提高直接调制的DFB激光器的调制频率、高度集成化W及高密度的并行光互联。 (二)技术方案 为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高速垂直发射的单片集成型直接调制 DFB激光器，所述激光器包括有源增益区W及与所述有源增益区通过对接生长形成的无源 波导区； 其中，所述有源增益区与所述无源波导区的接触部位设置有缺口，并且所述缺口 的由所述无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所 述有源增益区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面。 优选地，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直 方向的夹角为45度，使由所述前端面射出的激光的旋转90度。 优选地，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面的表面 设置有高反射膜，所述前端面的表面和所述后端面的表面分别设置有增透膜层。 优选地，所述有源增益区包括有源层、设置于所述有源层上方的光栅层W及覆盖 于所述光栅层表面的光栅覆盖层，其中所述光栅层包括第一层状结构W及第二层状结构， 所述第一层状结构由高折射率材料形成，用于实现折射率禪合的布拉格分布反馈，所述第 二层状结构由非渗杂的InP材料形成，用于实现增益禪合的布拉格分布反馈。 优选地，所述光栅层为V4相移的光栅层，并且所述光栅层形成所述光栅的刻蚀深 度小于所述光栅层的厚度。 优选地，所述有源层包括交叉层叠的若干个非渗杂量子阱层和若干个势垒层，其 中所述非渗杂量子阱层设置于所述有源层的表面。 优选地，所述有源增益区还包括脊型波导、与所述脊型波导的两端连接的两个电 流阻挡层W及分别设置于所述电流阻挡层的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道。 优选地，所述无源波导区是InP层，所述有源层是AlGaInAs多量子阱有源层。 优选地，所述激光器还包括接触层，所述接触层覆盖于所述光栅覆盖层和所述无 源波导区的表面。 -种高速垂直发射的单片集成型直接调制激光器的制造方法，所述方法包括 W下步骤： S1、在衬底基板的外延结构上生长有源增益区，其中有源增益区包括有源层、形成 于所述有源层上方的光栅层W及覆盖于所述光栅层表面的光栅覆盖层； S2、刻蚀所述光栅覆盖层的预定区域，其中刻蚀深度大于所述有源层、光栅层W及 光栅覆盖层的总厚度； S3、在所述预定区域形成无源波导区，完成有源增益区与无源波导区的对接生长， 并在所述无源波导区和所述光栅覆盖层的上表面形成接触层； S4、制作脊型波导、与所述脊型波导的两端连接的两个电流阻挡层W及分别位于 所述电流阻挡层的远离所述脊型波导的一侧的两个沟道； S5、在有源增益区与所述无源波导区的接触部位形成缺口，并且所述缺口的由无 源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益 区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面;其中，所述缺口的由所述无 源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直方向的夹角为45度； S6、在所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面的表面形 成高反射膜，在所述前端面的表面和所述后端面的表面分别形成增透膜层。 控巧益效果 本专利技术提供了一种高速垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器及其制作方 法。本专利技术采用源增益区和无源波导区对接的模式形成了高质量的超短光学谐振腔结构， 从而提高了高调制频率的直接调制〇!^激光器的可靠性和光谱的质量。另外，本专利技术利用无 源波导区形成的45度反射面实现激光的垂直发射，克服现有技术中由于激光器侧面出光而 不能实现的发射高密度的并行光互联。同时本专利技术利用折射率和增益禪合叠加的V4相移 光栅配合脊型波导实现激光器良好的高速调制性能，本专利技术利用单片集成工艺制作激光器 可W实现小尺寸、高度集成化W及高密度的光互联。【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高速垂直发射单片集成型直接调制DFB激光器，其特征在于，所述激光器包括有源增益区以及与所述有源增益区通过对接生长形成的无源波导区；其中，所述有源增益区与所述无源波导区的接触部位设置有缺口，并且所述缺口的由所述无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐琦，王汉华，
申请(专利权)人：武汉光安伦光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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